Электротехнологические установки (стр. 5 из 32)

Удельный расход электроэнергии при работе ЭПС ванного типа составляет 600-

650 кВт·ч/кг, а КПД – 60-65 %. Во всех типах ЭПС возможны два способа

обогрева - внутренний и внешний. При внутреннем обогреве нагреватели - ТЭНы размещены в расплавленном металле и работают при температуре не выше 800- 850 К. При внешнем расположении открытые высокотемпературные нагреватели позволяют получить температуры в рабочем пространстве печи 1100-1200 К. Установки прямого (контактного) нагрева. Установками прямого нагрева принято называть такие, в которых преобразование электрической энергии в тепловую происходит в нагреваемом материале или изделии при

непосредственном подключении их к источнику питания электроэнергией за счет прохождения через них электрического тока по закону Джоуля-Ленца.

Рис. 2.12. Схема прямого нагрева:

1 - водоохлаждаемые зажимы; 2 - нагреваемое изделие; 3 - печной трансформатор

Прямой нагрев эффективен для термообработки изделии, обладающих равномерным сечением по длине и значительным омическим сопротивлением.

обмоткой, охлаждаемой водой, и несколькими ступенями напряжения в диапазоне

5-25 В, обеспечивающий нагрев тел,, имеющих разное сопротивление.

2.5. Электрооборудование и регулирование параметров печей сопротивления

.

в) включение в цепь нагревателей дополнительных сопротивлений в виде дросселей и реостатов;

г) импульсное регулирование с использованием тиристорных регуляторов.

Использование трансформаторов с плавным бесконтактным регулированием под нагрузкой, автотрансформаторов и потенциал-регуляторов связано со

значительными капитальными затратами, наличием дополнительных потерь и потреблением реактивной мощности. По этой причине такое регулирование температуры применяется сравнительно редко.

Включение в цепь нагревателей дополнительного индуктивного или актив- ного сопротивления связано с дополнительными потерями и потреблением реактивной мощности, что также ограничивает применение этого способа регулирования.

Импульсное регулирование на базе тиристорных регуляторов осуществляется с помощью управляемых полупроводниковых вентилей, периодичность работы которых выбирают в зависимости от тепловой инерционности электропечи. Можно выделить три основных способа импульсного регулирования мощности, потребляемой от сети переменного тока .

.р

2.6. Нагрев сопротивлением жидких сред

Электрические котлы. Они применяются в различных отраслях народного хозяйства для подогрева воды (электроводонагреватели) и получения насыщенного технологического пара низкого давления (электропарогенераторы). Жидкость - вода, расплавы солей, щелочей, оксидов могут быть нагреты прямым пропусканием тока через их объем. Установки такого типа служат для кипячения воды, варки стекла, термообработки металлов.

Электроводонагреватель прямого действия представляет собой цилиндрический стальной сосуд, на верхней крышке которого расположены стержневые электроды и охватывающие их трубчатые антиэлектроды. Между ними находятся стеклотекстолитовые цилиндры. Мощность, развиваемую котлом, регулируют, изменяя положение изоляционных цилиндров относительно системы электродов и антиэлектродов.

Рис. 2.15. Схема электродного парогенератора:

1 - подвод воды; 2 - дно обечайки; 3 - нулевой электрод; 4 - корпус, 5 - токоподвод; 6 - крышка; 7 - изоляторы; 8 - отвод пара; 9 - шпилька; 10 - фазный электрод; 11 - днище; 12 - дренаж; 13 - опора

Номинальный режим работы котла рассчитан на нагрев воды с удельным электрическим сопротивлением 3000 Ом·см. Изменение солесодержания в рабочей воде для получения номинального значения удельного электрического сопротивления достигается добавлением в систему либо раствора соли, либо дистиллированной воды. Возможна работа котла и на воде с иным удельным сопротивлением, однако во избежание чрезмерного увеличения поверхностной плотности тока на электродах и образования гремучего газа значение его должно составлять 1000-5000 Ом·см.

Рис. 2.16. Схемы однофазных электродных ванн с близко расположенными электродами:

а, б - однофазные; в - трехфазные; 1 - уровень расплава соли; 2 - электроды; 3 - футеровка

Температура выходящей воды автоматически поддерживается в нужных пределах датчиком регулирующего термометра.

Электрический парогенератор представляет собой комплект оборудования и аппаратов, в который входит сам парогенератор, питательный бак, насос, соединительные трубопроводы, приборы контроля и управления. Принципиальная схема электродного парогенератора приведена на рис. 2.15. Парогенератор имеет электроды цилиндрической формы 10 и нулевой электрод 3, выполненный в форме обечайки. Мощность парогенераторов регулируется за счет изменения уровня воды между электродами и нулевым электродом. Работа парогенераторов осуществляется в автоматическом режиме.

Электродные котлы могут иметь трехфазную и однофазную системы электродов, работающие на низком и высоком напряжении. Котлы низкого напряжения (30 В) мощностью 25-400 кВт с КПД 95-98 % имеют малые габаритные размеры, низкую тепловую инерционность.

Высоковольтные котлы, рассчитанные на напряжение 3-35 кВ, применяют в бытовых и производственных целях для систем централизованного отопления и горячего водоснабжения,

Стекловаренные печи. Их выполняют в виде ванны, выложенной изнутри огнеупорным материалом.

Жидкостные ЭПС для нагрева металла. Для быстрого и равномерного нагрева металлических изделий и заготовок применяются электродные ванны, представляющие собой металлический или керамический тигель, наполненный солью или стекломассой, в который опущены металлические или металлокерами- ческие электроды. В холодном состоянии соль почти не электропроводна, но если ее нагреть и расплавить, то между электродами начинает протекать электрический ток и в расплаве, как в активном сопротивлении, выделяется тепловая энергия. ЭПС с жидким нагревателем применяют для нагрева до 1100-1600 К изделий из легированных сталей перед закалкой, ковкой или штамповкой, а также для отжига деталей из стали и чугуна. В качестве рабочей среды наиболее о применяют хлористые, фторис- тые, азотно-кислые соли, щелочи либо в чистом виде, либо в различных смесях, преследуя цель снижения температуры плавления, обеспечения необходимого уровня электропроводности. К достоинствам соляных ванн следует отнести:

а) высокую скорость нагрева и большую производительность по сравнению с другими нагревательными установками при равных габаритных размерах; б) легкость осуществления различных способов термической и термохимической обработки;

в) защита изделий от окисления в процессе их нагрева.

Недостатками соляных ванн являются:

а) повышенный удельный расход электроэнергии вследствие увеличенных тепловых потерь с зеркала ванны и необходимости непрерывной работы установки;

б) высокий расход расплавообразующего материала;

в) тяжелые условия труда обслуживающего персонала.

2.7. Электрошлаковые установки

Использование явления разогрева расплава соединений шлака до 2000-2300 К проходящим по нему током легло в основу высокоэффективных технологических процессов электрошлакового переплава (ЭШП) и электрошлаковой сварки (ЭШС Сущность ЭШП состоит в следующем (рис. 2.17). Расходуемый электрод из переплавляемого металла 1 погружается в слой электропроводного шлака 2, находящегося в водоохлаждаемом кристаллизаторе 3, закрытом водоохлаждаемым поддоном 4. Электрический ток протекает между электродом и поддоном через шлак, который имеет высокое электрическое сопротивление и интенсивно разогревается по закону Джоуля - Ленца.

Находящийся в расплаве шлака торец электрода расплавляется, и капли металла, стекающие с электрода, проходят через шлак, где дополнительно разогреваются, очищаются от нежелательных примесей и собираются на дне кристаллизатора в виде слитка. В результате отвода теплоты в поддон и стенки кристаллизатора скапливающийся металл застывает в виде слитка 6, в верхней части которого находится ванна расплавленного металла 5. По мере оплавления электрод подается вниз. Между стенкой кристаллизатора и слитком образуется слой гарнисажа 7.

Рис. 2.17. Схема установки электрошлакового переплава

Рис. 2.18. Электрические схемы печей ЭШП:

а - одноэлектродная однофазная; б - трехэлектродная трехфазная; в - двухэлект-

родная однофазная с бифилярным токопроводом; г - то же, для получения двух

слитков

Основными факторами, определяющими улучшение качества металла при обработке в установках ЭШП, являются: химическое взаимодействие со шлаком; направленная кристаллизация слитка; формирование слитка в шлаковом гарнисаже с образованием гладкой поверхности.